DE2818127C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ultrafiltration von FlüssigkeitsgemischenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultrafiltration von Flüsf'jkeitsgemischen, wobei dem Gemisch
vor Einleitung in das Ultrafilter e<n Gas zugegeben wird,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Unter »Ultrafiltration« ist ein Ί rennen von Flüssigkeitsgemischen
zu verstehen, bei welchen die Gemische unter Druck mit einer Wand, wie beispielsweise einer
Mambrane, in Berührung gebracht werden, deren
Permeabilität so ist, daß nur ein oder mehrere Bestandteile des Gemisches hindurchtreten können.
Man verwendet die Ultrafiltration im allgemeinen zum Trennen von Materialien mit einem verhältnismäßig
hohen Molekulargewicht, wie Proteine, Gummi, Polymere oder organische Komplexverbindungen, oder
auch zum Trennen von Emulsionen oder kolloidalen Dispersionen in Flüssigkeiten, wie Wasser.
Der Teil des Gemisches, der durch die Membrane hindurchgeht, wird »Filtrai« genannt. Bei einem
wäßrigen Gemisch besteht das Filtrat im wesentlichen aus Wasser, das gegebenenfalls Mineralprodukte in
Lösung enthält. Der Rückstand wird »Konzentrat« genannt.
Es ist selten, daß die Trenn- oder Konzentrationswirkursg.
die man nach einem Durchtritt des Gemisches durch das Ultrafilter erzielt, ausreichend ist. Deshalb
wird das Konzentrat zum Ultrafilter zurückgeführt. Der Wirkungsgrad dieser Arbeitsweise nimmt indessen
entsprechend der Zunahme der Konzentration rasch ab. weil die Membrane allmählich verstopft.
Man ist daher dazu übergegangen, die Membrane regelmäßig zu reinigen oder zu regenerieren und häufig
in Verbindung mit dem Ultrafilter einen Vorabscheider, beispielsweise einen Flotationsabscheider, zu verwenden.
In der DF.-AS 25 43 296 sind ein Membrantrennverfahren
und eine Vorrichtung zu einer Durchführung beschrieben, gemäß denen die zu behandelnde Flüssig-
keit in einen Flotattonsturm geführt wird, in dessen
unteren Abschnitt Luft oder ein sonstiges Belüftungsgas unter Druck zugeführt wird, so daß Gasblasen durch den
Turm nach oben steigen und unter Schaumbildung in dem Strom der zu behandelnden Flüssigkeit suspendierte
Stoffe mitnehmen und zum Schwimmen bringen. Der Schaum verläßt den Turm durch eine obere Leitung, und
die im unteren Teil des Turmes gesammelte Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe in ein Filter geleitet Das
to Filtrat, welches das Filter verläßt, wird mittels einer
Leitung weggeführt, während das Konzentrat über eine zweite Leitung in eine Strahlpumpe geleitet wird, in
welche die Schaumleitung mündet. Bei diesem bekannten Verfahren ist das Lösen eines Gases in der in das
' ί Filter geleiteten Flüssigkeit nicht vorgesehen.
In der DE-AS 25 43 297 ist ein Verfahren zur raschen Säuberung der Membranoberflächen einer Membrantrennvorrichtung
beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden die Mediendurchflußkanäle der Membrantrennvorrichtung
teilweise mit Wasser gefüllt und dann mit einem Gasstrom, insbesondere Luftstrom, bei
überatmosphärischcm Druck und einer Gasströmungsgeschwindigkeit gespült, der ausreichend ist, daß sich
Wassertröpfchen mit hoher Geschwindigkeit über die Membranoberfläche bewegen und angesammelte Stoffe
entfernen. Diese Literaturstelle beschreibt demgemäß eine Arbeitsweise zum Reinigen von Membranen
mittels eines Flüssigkeitsstromes, in den ein unter hohem Druck stehendes Gas eingeführt wird. Diese
Arbeitsweise zum Reinigen von Membranen einer Membrantrennvorrichtung ist von den Arbeitsvorgängen
der Filtration vollständig unabhängig. Außerdem enthält auch diese Literaturstelle keinen Hinweis darauf,
vor dem Filtrationsvorgang ein Gas in dem zu
J5 trennenden Flüssigkeitsgemisch zu lösen.
Es ist hauptsächlich Ziel und Zweck der Erfindung, Ultrafiltration zu verbessern und insbesondere so
durchzuführen, daß das Ultrafilter weniger rasch verstopft.
·"> Gemäß der Erfindung ist J?.s Verfahren zur
Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen, wobei dem Gemisch vor Einleitung in das Ultrafilter ein Gas
zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas oberhalb des Filtrationsdruckes in dem Gemisch
•*5 löst und anschließend dieses Gemisch vor Eintritt in das
Ultrafilter auf Ultrafiltrationsdruck entspannt.
Der Vorgang der Ultrafiltration ist mit einer Entspannung verbunden, die zu einem Freiwerden der
Blasen im Gemisch führt. Diese Blasen, weit davon entfernt, die Poren der Membrane zu verstopfen, wie
man hätte befürchten können, verhindern ein Verstopfen der Membrane und gewährleisten insbesondere eine
Art Selbstreinigung, welche den Wirkungsgrad des Vorganges erhöh;.
'->'< Wenn die Ultrafiltration mit einem Abscheiden durch
Flotation kombiniert wird, wird das aus dem Ultrafilter austretende Konzentrat einer zweiten Entspannung
unterworfen, bevor das Konzentrat in den Abscheider oder in das Flotationsgefäß gelangt, wodurch man sich
6« die Zufuhr von Druckgas zum Abscheider oder
FlolationsgefäD erspart,
Außerdem ist es zweckmäßig, das zu behandelnde Gemisch zunächst in das Flotationsgefäß fließen zu
lassen, das auf diese Weise die Rolle eines Vorabschei-
M ders spielen kann, in welchem das Gemisch einer ersten
Dekonzentration und Reinigung unterworfen wird, was für die Wirkungsweise des Ultrafilters vorteilhaft ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Druckkessel, der mit einer Druckgasquelle
verbunden und zur Aufnahme des Gemisches bestimmt ist und dessen Ausgang über ein Entspannungsventil mit
einem Ultrafilter verbunden ist. Vorzugsweise ist vor s
den Druckkessel zusätzlich ein Flotationsabscheider zur Vorreinigung des Gemisches geschaltet, der mit dem
Konzentratausgang des Ultrafilters über ein weiteres Entspannungsventil verbunden ist
Die Erfindung kann für sämtliche Anwenduiigsgebie- iu
te der Ultrafiltration angewandt werden, wobei die Gase, die für die Durchführung der Ultrafiltration
ausgewählt werden, entsprechend den besonderen Fällen unterschiedlich sein können (Luft, Stickstoff,
Kohlenoxid u. dgl.).
Die nachfolgende Figurenbeschreibung gibt ein Ausführungsbeispiel wieder und erläutert, wie die
Erfindung verwirklicht werden kann, und gibt die Einzelheiten an, die sowohl aus der Zeichnung als auch
aus der Beschreibung hervorgehen und einen Teil der Erfindung darstellen.
Die Zeichnung ist eine schernaiische Seitenansicht
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zu behandelnde Gemisch, beispielswei-
se ein Gemisch aus Wasser und Öl, mittels einer Pumpe 1 in eine Leitung 2 gedrückt, die mit einem Mittelrohr 3
eines Flotationsabscheiders oder eines Flotationsgefäßes 4 verbunden ist.
Das Öl, das oben im Flotationsgefäß auffchwimmt, jo
wird in einem Mitteltrichter 6 gesammelt und mittels einer Leitung 7 abgezogen.
Die noch mit Öl verunreinigte, wäßrige Phase, die sich im Flotationsgefäß befindet, fließt über einen unteren
Sammler 8 und eine das Niveau regulierende Steiglei- ü tung 9 in einen seitlichen Behälter 10. wo die wäßrige
Phase von einer Pumpe 11 erfaßt wird, die in
Abhängigkeit von einem Niveauregler 12 betrieben wird. Der Niveauregler 12 kann zwei Schwimmer
aufweisen. Der obere Schwimmer 13 sorgt dafür, daß w die Pumpe iäuft, wenn die Flüssigkeit ihn erreicht. Der
andere Schwimmer 14 hält die Pumpe an. wenn der Flüssigkeitsspiegel ausreichend abgesunken ist.
Die Pumpe 11 drückt die Flüssigkeit durch eine
Leitung 15 in einen Druckkessel 16, in den die Flüssigkeit durch einen oberen Stutzen 17 austritt Dem
Druckkessel wird im übrigen ebenfalls in seinem oberen Teil über eine Leitung 18 Druckluft zugeführt, die
beispielsweise einen Druck von 5 bar hat.
Die Luft löst sich im Flüssigkeitsgemisch im Druckkessel und die Lösung tritt durch eine untere
Leitung 19 aus, die bis zu einem Entspannungsventil 20 reicht. Der Druckkessel 16 ist mit einem Niveauregier
21 versehen, welcher den Austritt des mit gelöster Luft beladenen Gemisches regelt. v>
Das Entspannungsventil 20, das beispielsweise itif
zwei bar eingestellt ist, speist über eine Leitung 22 ein«. Umwälzpumpe 23. deren Druckleitung 24 mit einem
Ultrafilter 23 verbunden ist. Das Filtrat. im vorliegenden Beispiel das Wasser, wird durch nicht dargestellte mi
Einrichtungen in Richtung des Pfeiles / abgezogen, während das Konzentrat über eine Leitung 26 wieder
der Leitung 22 zugeführt wird.
An der Leitung 26 ist eine Zweigleitung 27 angeschlossen, die über ein Entspannungsventil 28 mit
der Zulaufleitung 2 verbunden ist.
Im nachfolgenden wird die Wikrungsweise der Vorrichtung beschrieben:
Das Flotationsgefäß 4 nimmt das zu behandelnde Gemisch auf, damit sich das Gemisch eines Teils seines
Öls entledigt Das Flotationsgefäß 4 enthält ferner das Konzentrat, das aus dem Ultrafilter 25 ausgetreten und
am Ventil 28 entspannt worden ist Diese Entspannung bewirkt im Rohr 3 ein Freiwerden der Luftblasen,
welche die Abscheidung des Öls begünstigen, von dem ein Teil durch den Trichter 6 austritt.
Im Druckgefäß 16 löst sich die Luft in dem durch den
Stutzen 17 ankommenden Gemisch und der im wesentlichen konstante Druck der Druckluft gewährleistet
die Speisung des Ultrafilters 23 unter dem Druck, der durch das Entspannungsventil 20 geregelt wird. Die
Pumpe 23 gewährleistet die Umwälzung aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Leistung.
Das aus der Leitung 27 austretende Konzentrat trifft
wie der am Boden des Flotationsgefäßes ein, nachdem es am Ventil 28 entspannt worden ist
Schließlich fängt man das Öl am Ausgang des Flotationsgefäßes und das Wasser am Ausjang des
Ultrafilters auf.
Bei der Vorrichtung wird die Flüssigkeit 2 aufeinanderfolgenden Entspannungsvorgängen unterworfen:
Die eine Entspannung erfolgt beim Ventil 20 vor dem Ultrafilter und die andere Entspannung am Ventil 28
nach dem Ultrafilter.
Die Entspannung, die vor dem Ultrafilter erfolgt, bewirkt im Inneren der Flüssigkeit ein Freiwerden der
Blasen, die aufgrund der Turbulenz eine Reinigung der Membranen gewährleisten, wodurch die Betriebsdauer
und die Leistung der Membranen erhöht wird.
Die andere Entspannung, die vor dem Flotationsgefäß erfolgt, erspart die Zufuhr von Druckluft zv diesem
Flotationsgefäß.
Das zu trennende Gemisch kann zuerst dem U:;rafilter zugeführt werden. Wenn man jedoch das
Gemisch zuerst dem Flotationsgefäß zuführt, übernimmt dieses Flotationsgefäß die Rolle eines Vorabscheiders,
wobei etliche Ölteilchen und leichte Verunreinigungen direkt durch Flotation aus dem Gemisch
abgeschieden werden. Das der Ultrafiltration unterworfene Gemisch hat auf diese Weise bereits eine gewisse
Dekonzentration oder Entölung erfahren, was die Wirkungsweise des Ultrafilters weiterhin günstig
beeinflußt.
Eine besonders interessante Anwendungsrnögüchkcii
des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Behandlung von stabilen Wasser-Öl-Emulsionen,
beispielsweise von Schneidflüssigkei'en. die auch »lösl'che Öle« genannt mrl für eine
mechanische Bearbeitung verwendet werden. Die Ultrafiltration bewirkt in diesem Fall eine Destabilisierung
der Emulsion und das aus dem Ultrafilter austretende Kc ,izentrat wird durch die Flotation
wirkungsvoller abgeschieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen,
wobei dem Gemisch vor Einleitung in das Ultrafilter ein Gas zugegeben wird, dadurch
gekennzeichnet, daß man das Gas oberhalb des Filtrationsdruckes in dem Gemisch löst und
anschließend dieses Gemisch vor Eintritt in das Ultrafilter auf Ultrafiltrationsdruck entspannt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Konzentrat des Ultrafilters
einem zur Vorreinigung des Gemisches eingesetzten Flotationsgefäß zuführt und dabei entspannt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
Druckkessel (16), der mit einer Druckgasquelle verbunden und zur Aufnahme des Gemisches
bestimmt ist und dessen Ausgang über ein Entspannungsventil (20) mit einem Ultrafilter (25)
verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch einen zusätzlichen, vor den Druckkessel (16) geschalteten Flotationsabscheider (4) zur Vorreinigung
des Gemisches, der mit dem Konzentratausgang des Ultrafilters (25) über ein weiteres
Entspannungsventil (28) verbunden ist.
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